Китайські та американські вчені розробили метод нанесення і спікання тонких срібних електродів прямо на шкірі при кімнатній температурі. Їм вдалося досягти цього завдяки допоміжному шару, який збільшує зерномежну дифузію і тим самим знижує температуру спікання срібних наночастинок. Після нанесення електродів до них можна підключити зчитувальну електроніку і використовувати як носимий пристрій, розповідають автори статті в.
Вже не перший рік вчені і дослідники експериментують з електронними пристроями, тим чи іншим чином наносимими прямо на шкіру людини. Це дозволяє створювати на шкірі провідні (а найчастіше і вельми красиві) візерунки, що використовуються для передачі сигналу або в якості сенсорних панелей. Перші подібні роботи ґрунтувалися на підкладках, що наклеюються на шкіру, а останнім часом все частіше використовується пряме нанесення за допомогою 3D-принтера. Спочатку основна проблема з цим способом полягала в тому, що людині важко кілька хвилин тримати руку або іншу частину тіла абсолютно нерухомою, а якщо рука рухається, то реально друкований візерунок відрізняється від запланованого. В останніх роботах цю проблему вже вирішили за допомогою відстеження і компенсації руху руки і навіть за допомогою закріплення принтера прямо на руці.
Але поки не вирішена проблема з самим матеріалом друку: у поточних розробках використовуються в'язкі електропровідні пасти і гідрогелі, не стійкі до миття або механічних впливів, а спікати металеві частинки на руці неприйнятно через високу температуру. Вчені під керівництвом Хуаньюя Чена (Huanyu Cheng) з Харбінського політехнічного інституту та Університету штату Пенсільванія розробили новий метод нанесення срібних провідних доріжок на шкіру з подальшим спіканням при кімнатній температурі, потенційно застосовний для 3D-друку.
Метод використовує пряме нанесення матеріалу в два етапи. Спочатку на всю область шкіри, призначену для друку, необхідно нанести допоміжний шар з суміші полівінілового спирту і карбонату кальцію. Потім за допомогою штампа з заданим візерунком (під кожен візерунок потрібен окремий штамп) необхідно нанести на допоміжний шар наночастинки срібла з діаметром 50 нанометрів (автори також експериментували з іншими діаметрами і матеріалами). У результаті на руці утворюється двошарова структура з приблизно мікрометровим шаром полівінілового спирту і карбонату кальцію і монолітним шаром срібла товщиною приблизно в половину мікрометра.
Якщо допоміжний шар складається тільки з полівінілового спирту, то спікання відбувається при температурі 300 градусів Цельсія і на це йде близько години. Однак якщо додати речовини з катіонними групами, то температуру можна значно знизити. Вчені вважають, що механізм зниження обумовлений тим, що срібні наночастинки в розчиннику мають негативний заряд, а катіонні групи, що утворюються в суміші полівінілового спирту і деяких речовин (дослідники показали, що цей ефект з різною інтенсивністю проявляється не тільки при додаванні карбонату кальцію, але і для декількох оксидів і титанату барію, але для карбонату він був максимальним) компенсують його і збільшують коефіцієнт зерномежної дифузії. Це в свою чергу обумовлює освіту і зростання «шийок» при контакті двох сусідніх наночастинок. Вчені підтвердили роль катіонних радикалів, додавши у допоміжний шар інгібітор вільних радикалів L-аскорбінову кислоту (вітамін C) і показавши, що за тих самих умов спікання не відбувається.
Після нанесення матеріалів візерунок бажано висушити феном протягом 30 секунд, а зняти його можна, промивши гарячою водою (від 60 градусів Цельсія і вище). Автори дослідження показали кілька застосувань методу, створивши датчик температури, що працює завдяки зміні провідності срібних провідних доріжок, і датчик вологості. Також вони створили на кисті руки пульсоксиметричний датчик з двома світлодіодами і одним фотодіодом, з'єднаними за допомогою срібних електродів.
Нещодавно китайські вчені створили біопринтер-ендоскоп, який здатний у складеному стані проникати в шлунок, розкладатися і друк на стінках органу «заплатки» з гідрогелів з живими клітинами.